建筑外墙红外检测服务

红外热成像基本原理                                                                           
1800年英国物理学家F. W. 赫胥尔发现了红外线，红外线是一种电磁波，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种*为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。温度在**零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。
有名的普朗克定律表明温度、波长和能量之间的关系存在一定的关系，红外总能量随温度的增加而迅速增加；峰值波长随温度的增加向短波移动。根据斯蒂芬·玻耳兹曼定律，当温度变化时，红外总能量与**温度的四次方成正比，当温度有较小的变化时，会引起总能量的很大变化。
热流在物体内部扩散和传递的路径中，将会由于材料或传导的热物理性质不同，或受阻堆积，或通畅无阻传递，*终会在物体表面形成相应的“热区”和“冷区”，这种由里及表出现的温差现象，就是红外检测的基本原理。

2、红外热像仪简介
红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。用亮表示温度高，暗表示温度低。或用暖色和冷色表示温度高低。
红外热成像检测技术应用于建筑领域检测不是一种很新的技术，具有非接触大面积测试、响应快速、测试精度高等优势。自二十世纪70年代，欧美一些发达国家先后开始了红外热像仪在建筑领域诊断预维护的探索。红外热像仪也经过几十年的发展，已经发展成非常轻便的现场测试设备。由于建筑领域测试往往产生的温度场差异不大和现场环境复杂等因素，具备温度分辨率小于0.06℃、空间分辨率小于1.2mrad、具备红外图像和可见光图像合成功能等是建筑应用中红外热像仪不可缺少的条件。随着红外热像仪的发展和在建筑领域中的应用日臻完善，红外检测技术将给建筑领域检测和评估技术前进和发展带来了较大的帮助。本文将着重对近年来红外热像技术在国内外应用和实践进行总结。

3、外墙缺陷
3.1 空股
由于热超导系数K不同，当建筑墙体上存在空股或者空穴时会阻碍温度的传递。从而在升降温过程中会在表面形成一个不均匀的温度场。例如，当室内温度较低，室外受阳光照射温度较高，在空股处就会形成热量堆积，在红外热像仪图中就是高温区。如图1所示。
相对于传统的手敲法检测，红外热像仪检测无需搭设脚手架，可以大面积进行拍摄，所有的检测结果可以记录并且重现，检测结果比较客观，因而检测效率和效果更好。通过红外图像可以清楚**的分辨出损伤的面积和程度。

图2：某医院大楼存在严重的空股，左图为维修前红外图像；图右为维修后红外热像仪拍摄的图像

3.2  裂缝
由于建筑结构运动、或者使用了不合格的水泥混凝土材料都可以可能引起的砌墙体裂缝，也会造成开口而往往会造成结构破坏，有时会导致雨水渗入从而引起更大的麻烦，这些隐藏的缺陷很难通过常规的检测方法成功的发现。通过红外可以快速清楚的显示，如图3所示。值得注意的是，由于人眼对于黑白色的分辨能力*高，有些时候采用黑白的模式，可以更好的效果。
 图3、墙体裂缝红外热像图。*右边的为中间建筑物的可见光图像。

3.3 粘帖饰面
粘贴饰面由于粘贴**，容易造成渗水甚至剥落。粘贴饰面掉下来砸中汽车或者行人的时间偶有发生，往往造成严重的经济和社会危害。如何解决粘贴饰面剥落问题已经成为许多检测单位和管理机构的难题。因为这种问题在事故发生之前，往往没有什么征兆。然后这些缺陷往往逃不过红外热像仪的“眼睛”。根据05年8月2号解放日报报道，通过红外热像仪手段对建筑结构损伤“望闻、问、切”的研究已经在上海得以实践并取得很好的效果。根据香港工程质量检测中心的文献披露，香港对许多重要建筑物的粘帖饰面都已经成功的使用红外热像仪进行定期检查。

4、 建筑节能研究
能量的消耗主要分成三部分：工业，运输和住宅。根据统计，有30-50%的能量消耗集中在第三部分。其中又有一半的能量是为了更舒服的生活而消耗。当考虑节能时，这一点是不能忽略的。提高能效，提倡节能建筑又是一个紧迫的任务。
对于新建筑和工程，比较容易处理：即建立并执行严格的节能标准和法规。而对于现有建筑，能效相对较低，而每年只有1-2%的旧楼能得到翻新，因此，改善现有建筑降低其能耗势在必行。对于旧建筑，很难评估其质量、当前状况和结构合理性。如果无法看见问题所在，很难对缺陷进行修补和改善。建筑中隔热层和气密性缺陷可能造成麻烦，诸如室内空气**、空气泄漏和受潮，都会造成居住不舒适以及能源浪费。*好的解决办法是首先发现问题，确定产生问题的原因，然后给予相应的处理办法。*主要的困难是找到合适的方法和设备来进行诊断出问题所在。通过常规的视觉检测和评估通常效率不高，只能检测一些明显的缺陷和表面缺陷，对某些是可行的，例如隐藏的大面积缺陷，对用户造成的影响存在一定的因果关系。然而，通常大部分缺陷的因果关系并非总是如此，只有在造成严重的破坏之后才能知道。到时**的补救办法只能是发费高昂的重建。

4.1 热传导损失
在建筑轮廓中设计有隔热层，主要的目的是以*经济的方式达到所期望的室内环境。经验表明，缺少隔热材料、隔热材料安装不正确、气密层和气密性**都会降低轮廓的整体热性能，从而大幅提升能耗。对于新楼或旧楼，满足新的节能标准非常重要，隔热和气密层以及结构中其它任何缺陷都必须诊断并得到修补。
建筑和隔热标准在过去几十年中不断改进。许多国家根据新的“环境能源效率指导方针”拥有或正在制订相应的节能标准。
典型的隔热缺陷有：
- 隔热材料没有填充整个设计的空间（缝隙、孔洞、隔热层薄、隔热材料沉降、安装后材料收缩、在错误的位置进行刚性绝缘等）
- 隔热材料安装不当
- HVAC 通过隔热层进行安装
- 有渗透性的隔热材料不足以阻挡气流的运动
- 隔热材料受潮

图4：红外检测清楚的显示楼房能量损失程度。楼龄为8年，红外图象显示在墙体和房顶都有明显的热损失，基础处也没有隔热处理。对楼顶进行检测发现天花板没有安装隔热材料。房屋主人知道了热损失程度，也确切理解了该采取措施进行改进。修补后可再用红外检测评估隔热安装的效果和质量。

墙体没有足够的隔热层也会造成明显的热损失。室内外温差越大或材料的K值越低，就需要越大的制冷或致热功率。图4显示在窗户和天花板之间的隔热层存在孔穴。
在墙体空穴中安装隔热材料要求很严，必须填充在空穴中并紧实贴在墙壁上。如果没有这样安装，隔热效果大打折扣，很有可能成为空气对流的一个通道，进一步降低隔热效果。
热桥是建筑结构中由于传热系数较大而引起的热传导路径，如墙内的金属、混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋，预制保温中的肋条，外保温墙体中为固定保温板加设的金属锚固件、内保温层中设置的龙骨、门窗框等等。若右图5所示，整个楼房存在大量的热桥，找出了热桥存在的位置，可以通过设置断热条来解决。

4.2 对流热损失
密封连接**会造成泄漏，气密内衬层安装不当或损坏往往会出现规律性缺陷。空气很容易的通过刚性隔热体之间的部分。这些缺陷会引起不好的温度分布，会引起房间里空气产生运动（气流），从而引起局部温度降低而增加能耗和尘土的沉降。泄漏路径比较复杂，没有红外成像仪很难发现。
空气外泄只能在外面进行检测，具有相反的红外热图特征，不具有规律性特征。外泄的分析更为复杂，因为往往气体必需经过多层材料。如果在检测组合结构时（例如带有饰面的砖墙面），即使有很严重的空气泄漏也很难在热图上表现出明显的温度场差异。必要时配合渗透性能测试可更准确检测出漏气的位置。


5、受潮和渗漏
受潮恐怕是影响建筑物整体性*为严重的因素之一。是气态时，是空气和建筑材料中必要且有用的组成部分。然而一旦成为液态或者固态，将产生不少麻烦。受潮的原因可能根源于渗漏、冷凝或建筑材料释放的湿气。

受潮（来源于渗漏或冷凝）会产生许多问题，水可能渗入一个小的裂缝，然后滞留在不渗透水的建筑材料中。砖和混凝土中未粘合好的区域往往造成砖墙体中积水和气体泄漏。使用不合格的混凝土造成也会造成雨水的渗入。

办公大楼或者住宅常常会因为外部雨水渗入而造成问题。通过常规办法去寻找渗漏源和渗漏路径往往不能成功。渗水破坏是持续的，造成建筑材料、设备和装饰家具的过早损坏，并引起室内空气污染。渗入点难以确定，因为水往往不按照预想的路径渗入。肉眼看不到任何渗水痕迹，借助于红外热像仪，可以清楚的发现渗水并找到渗漏源。

如右图11所示。

5 总结
红外热成像检测技术是一种已经成功使用30多年的建筑缺陷和建筑节能有效检测手段。随着科学技术的发展，随着我们对红外热像技术的进一步认识和科研思路及理念的转变，红外热像技术将日趋成熟，将其应用于建筑领域的研究将会有更广阔的前景。

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